Robot hút bụi di động

LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT HÚT BỤI 1.1 Vấn đề robot hút bụi di động 1.2 Một số robot hút bụi 1.3 Mục tiêu phạm vi đề tài Chương 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ 2.1 Sơ đồ robot hút bụi: 2.2 Thiết kế cụm robot hút bụi: Chương 3: THIẾT KẾ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN 14 3.1 Bài toán quỹ đạo di chuyển robot 14 3.2 Mơ hình hóa 14 3.3 Giải thuật điều khiển 16 3.4 Phương pháp đo phát sai số 16 3.5 Kết mô phỏng: 17 Chương 4: ĐÁNH GIÁ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 18 4.1 Kết luận 18 4.2 Hạn chế robot hút bụi 18 4.3 Đề xuất hướng nghiên cứu 18 Tài liệu tham khảo 19 Phục lục 20 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT HÚT BỤI 1.1 Vấn đề robot hút bụi di động Cùng với phát triển công nghệ máy móc đại, robot ứng dụng rộng rãi sản phẩm gia dụng Trong đó, robot hút bụi sản phẩm kết hợp hệ thống hút bụi lập trình di chuyển để tiến hành hút bụi sử dụng ngày nhiều dân dụng Nắm bắt nhu cầu trên, robot hút bụi nghiên cứu, phát triển giới từ năm 1995 Đến nay, robot hút bụi sản xuất nhằm đáp ứng nhu cầu người với hãng sản xuất như: Samsung, LG, Sanyo… Với mục tiêu hoạt động nhà, robot hút bụi thiết kế nhỏ gọn để hoạt động nơi người tiếp xúc lau dọn như: gầm giường, ghế, sofa, bàn nhỏ… Đồng thời, robot hút bụi có khả phát tránh vật cản, chống rơi để thích hợp hoạt động nhà Tuy nhiên, phải di chuyển hoạt động nên nguồn nuôi robot pin acquy nên thời gian hoạt động công suất hút bụi robot bị bạn chế Để khắc phục bất tiện nguồn nuôi tăng khả tương tác với người dùng, sản phẩm robot hút bụi nghiên cứu, chế tạo theo hướng thông minh như: tự động sạc nguồn điện yếu nguồn, chức hẹn giờ, lưu đồ đường Hiện nay, robot hút bụi nhập sử dụng Việt Nam Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu nước thực đề tài Vì vậy, nghiên cứu robot hút bụi cần thiết tạo tiền đề chế tạo sản phẩm phù hợp phục vụ nhu cầu nước 1.2 Một số robot hút bụi 1.2.1 Robot Romba: Robot Roomba hãng iRobot robot hút bụi thông minh Không giống loại máy hút bụi thông thường Roombathực công việc hút bụi cách hoàn toàn tự động theo chương trình lập sẵn Roomba thích hợp cho gia đình văn phịng có gỗ, thảm, đá hoa LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Với kích thước nhỏ gọn robot di chuyển hết phịng,những nơi mà máy hút bụi thơng thường khó vào gầm bàn, giường, sofa,… Các chức bật Roomba điều khiển từ xa remote control tự cảm nhận tránh vật cản, tự động sạc hết nguồn pin Roomba có khả di chuyển linh hoạt di chuyển hình xoắn ốc, zigzag,… Hình 1.1: Kết cấu robot Romba 1.2.2 Robot LG Hombot Hombot robot hút bụi thông minh hệ mớido hãng LG nghiên cứu chế tạo Hình 1.2: Kết cấu robot LG Hombot LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hệ thống cảm nhận vật cản robot sử dụng cảm biến siêu âm, cảm giúp cho robot phát vật cản hiệu quả, đo khoảng cách chuẩn xác Robot tiếp xúc với vật cản từ khoảng cách nhỏ với mm Không giống robot hút bụi khác, Hombot hoạtđộng hiệu nhờ chế độ di chuyển hợp lý, hình xốy ốc, zigzag, phân ngăn, phân ơ.Trang bị camera nhận biết khơng gian, từ đưa lịnh trình làm việc hiệu cao Ví dụ : nơi mà robot qua không lập lại, ưu tiên làm nơi bẩn Hình 1.3: Robot di chuyển kiểu zích-zắc Hình 1.4: Robot di chuyển kiểu phân ô LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 1.3 Mục tiêu phạm vi đề tài Mục tiêu đề tài: thiết kế điều khiển robot hút bụi với yêu cầu: - Phần khí: Robot hút bụi, gọn, động Phần thân robot hút bụi thiết kế mang nguồn, mạch điều khiển, cảm biến - Giải thuật điều khiển cho robot:Có khả tự hành: tự dị đường, phát tránh chướng ngại vật, chống rơi, di chuyển hút bụi Phạm vi đề tài: - Phần khí thiết kế dựa vào mẫu robot hút bụi hàng Failure - Phần giải thuật điều khiển thực cho quỹ đạo robot hình zích – zắc sàn nhà phẳng, có vật cản LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ 2.1 Sơ đồ robot hút bụi: Yêu cầu robot hút bụi nhỏ gọn, di chuyển linh hoạt Do đó, cấu di chuyển robot hút bụi sử dụng mơ hình di động sử dụng hai bánh dẫn chủ động bánh dẫn hướng Vì nhiệm vụ robot hút bụi nên cụm hút bụi ưu tiên thiết kế Cụm hút bụi đặt trung tâm robot Vùng hút bụi mở rộng tối đa với kích thước miệng hút mở rộng theo phương ngang ( phương vuông góc với phương di chuyển robot ) Để tăng hiệu suất hút bụi, cụm chổi quét thiết kế phía trước cụm quạt hút Cụm chổi quét hoạt động liên tục để khoáy đảo lớp bụi bám bề mặt sàn Sau đó, lớp bụi hút cụm quạt hút phía sau Bố trí vị trí cảm biến robot: robot sử dụng cảm biến hồng ngoại để tránh vật cảng chống rơi Do đó, cảm biến thiết kế với vị trí sau: - Hai cảm biến hồng ngoại chống rơi đặt hai bên phía trước, mép robot thân robot hút bụi - Cảm biến phát vật cản đặt phía trước robot Phía trước robot có va chạm, có va chạm với vật cảng va chạm bị tác động làm cho cảm biến bị ngắt, phát vật cản Ngoài ra, thân robot cịn thiết kế vi trí lắp đặt nguồn nuôi cho robot mạch điện Từ ý tưởng thiết kế trên, tác giả đề xuất sơ đồ robot hút bụi sau: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 10 Hình 2.1: Sơ đồ robot hút bụi Thân robot Nguồn Cụm chổi quét Cảm biến chống rơi Cụm ống hút bụi Bánh xe dẫn hướng Cụm quạt hút Cảm biến tránh vật cản Cụm bánh xe di chuyển 10 Càng va chạm trước 2.2 Thiết kế cụm robot hút bụi: 2.2.1 Thiết kế cấu di chuyển robot hút bụi Robot hút bụi sử dụng mơ hình robot di động với hai bánh dẫn chủ động kết hợp bánh dẫn hướng đặt đẩu robot LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Động sử dụng robot động DC 12V Động DC có tốc độ quay lớn (3000 – 5000 vòng/phút) nên sử dụng giảm tốc từ động đến bánh xe Mặt khác, yêu cầu thiết kế nhỏ gọn nên tác giả đề xuất cấu cho giảm tốc từ động đến bánh xe có sơ đồ sau: Động DC Giảm tốc trục vít, bánh vít Giảm tốc bánh vi sai Bánh xe Hình 2.2 : Sơ đồ động cụm bánh xe di chuyển Hình 2.3: Mơ hình 3D cụm bánh xe di chuyển Cụm dẫn hướng thiết kế đơn giản: với bánh xe gắn với trục xoay tự thân robot LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2.2.2 Thiết kế cụm quạt hút Cụm quạt hút robot hút bụi bao gồm hai phần: phần buồng hút - hộp chứa bụi phần ống dẫn bụi Phần ống dẫn bụi: gồm miệng hút ống dẫn bụi vào hộp chứa bụi Miệng hút sát với biên dạng miệng hút dựa vào biên dạng miệng hút robot hút bụi hãng Failure Phần buồng hút - hột chứa bụi: Sử dụng động DC gắn quạt hút Động DC có tốc độ (3000 – 5000 vịng/phút) tạo luồng khí di chuyển từ miệng hút, ống dẫn hút bụi, qua lọc Khí qua lọc ngồi Bụi lọc giữ lại rơi buồng chứa bụi Hình 2.4: Thiết kế 3D phần quạt hút bụi 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 2.5: Thiết kế 3D phần ống dẫn bụi 2.2.3 Thiết kế cụm chổi quét Cụm chổi quét bố trí phía trước phần hút bụi Có hai cụm chổi qt hai bên robot Sử dụng động DC qua giảm tốc trục vít – bánh vít để giảm tốc độ quay chổi quét Trên trục bánh vít gắn đầu chổi mềm để quét lớp bụi bám mặt sàn Hình 2.6: Sơ đồ động robot hút bụi Hình 2.7: Thiết kế 3D cụm chổi quét 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2.2.4 ô hình 3D hồn chỉnh: Hình 2.8: Thân robot Hình 2.9: Thân robot 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 2.10: Mơ hình robot hồn chỉnh Hình 2.11: Mặt robot hồn chỉnh 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 3: THIẾT KẾ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN 3.1 Bài toán quỹ đạo di chuyển robot Có nhiều quỹ đạo chạy cho robot hút bụi di động zích-zắc, xốy ốc,… để hút bụi tồn mặt sàn Trong đó, quỹ đạo hình zích-zắc phù với mặt sàn trống, vật cản Trong giải cho quỹ đạo zích-zắc robot d Hình 3.1: Quỹ đạo hình zích-zắc 3.2 Mơ hình hóa Robot hút bụi sử mơ hình robot di động hai bánh xe Giả thuyết hai bánh xe lăn không trượt Động học thuận robot hút bụi gốc tọa độ với quỹ đạo di tham chiếu hình ̇ ̇ = ∅̇ ∅ ∅ 0 Trong ( , ) tâm robot hệ tọa độ Đề-các, ∅ góc xoay robot, , vận tốc thẳng vận tốc góc tâm robot hút bụi 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com y đường tham chiếu Y X b C(x,y,Ø ) Ø 2r x Hình 3.2: Mơ hình hóa robot hút bụi Quan hệ , vận tốc góc hai bánh xe sau: = , Trong hai bánh xe, 1/ 1/ / − / vận tốc góc bánh xe phải bánh xe trái, khoảng cách bán kính bánh xe Tâm điểm vùng cần hút bụi trùng với tâm C robot bút bụi Điểm tham chiếu di chuyển với vận tốc Do đó, mục tiêu điều khiển điều khiển điểm tâm C vùng hút bụi bám theo điểm tham chiếu Điểm nằm đường tham chiếu đường thẳng nên: ̇ = ̇ = ∅̇ = Với = Sai số bám quỹ đạo: − − = ∅−∅ 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com , , sai số theo phương , góc xoay ∅ tâm điểm robot ( điểm hút bụi ) điểm tham chiếu R quỹ đạo → → ∞ lúc điểm hút bụi bám theo điểm tham Mục tiêu điều khiển : chiếu R Hệ thống có hai đầu vào: vận tốc góc bánh xe trái bánh xe phải Ta có: ̇ ̇ = ∅− ∅− ̇ 3.3 Giải thuật điều khiển Bắt đầu State = Y Cảm biến vật cản N N State == 1? Y Quay trái 900 State = Quay phải 900 State = Chạy thẳng 90mm Chạy thẳng 90mm Cảm biến vật cản Y Cảm biến vật cản N Y N Quay trái 900 Quay phải 900 Chạy bám quỹ đạo thẳng Kết thúc Hình 3.3: Giải thuật điều khiển robot hút bụi 3.4 Phương pháp đo phát sai số 16 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phát vật cản: sử dụng cảm biến quang Cảm biến quang gắn phía trước, đầu robot gồm led phát led thu, gặp vật cản led thu nhận tín hiệu từ led phát Phát Thu 1: l > d 0: l